汽轮机的级内损失及减少措施

曲鸿儒

摘要：汽轮机的损失包括内部损失和外部损失两大类，其中汽轮机的内部损失是汽轮机损失的主要方面。本文主要从汽轮机的级内损失的一些原因入手，探讨减少级内损失的相关措施。

关键词：汽轮机；级内损失；减少措施

前言

随着我国经济的迅猛发展，电能消耗越来越多，许多地区甚至已经出现电能短缺现象，这就导致电厂的节能环保也成为了人们关注的焦点之一。本文以汽轮机的级内损失为主，深入探讨汽轮机级内损失的主要原因和解决措施。

1.汽轮机级内损失的原因分析

汽轮机级内损失的原因主要包括喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、扇形损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失、漏汽损失、湿汽损失等九大类。下面将一一分析这些级内损失的原因：

1.1喷嘴损失

蒸汽在经过喷嘴时，会使蒸汽在喷嘴中的叶栅内滞留，导致蒸汽与喷嘴壁面的摩擦、蒸汽气流之间的相互冲击和碰撞，形成汽轮机的级内损失。

1.2动叶损失

蒸汽经过动叶流道时，在流道中摩擦，造成汽轮机的级内损失损失，与喷嘴损失类似。

1.3余速损失

余速损失是由汽轮机在蒸汽离开动叶时的惯性导致的。当蒸汽离开动叶时，仍带有一定的旋转速度，使得这部分能量没有被利用。

1.4叶高损失

当蒸汽流动时，由于叶栅流道具有两个不同的端面，导致摩擦损失产生在端面附面层内，降低了蒸汽流速。此外，在端面附面层内，弯曲流道造成的离心力小于凹弧和背弧之间的压差，二次流动便产生在凹弧与背弧之间，使蒸汽主流与流动方向垂直，造成了附面层内的更大级内损失。

1.5扇形损失

汽轮机的叶轮外圆周上安装了环形叶栅。当叶片变直之后，这样就使得通道截面顺着叶高发生位移，叶片垂直越大，位移就越大。另一方面，由于喷嘴出口汽流离心作用，切向分速使蒸汽挤压叶栅顶部，导致喷嘴出口蒸汽压力顺着叶高的升高而升高。而依据一元流动理论，选取的所有参数，只能保证最佳值，如平均直径截面。而其他参数，如沿叶片高度其它截面的参数，可能会偏离最佳值，从而引起级内损失，统称为扇形损失[1]。

1.6叶轮摩擦损失

蒸汽由于具有一定的粘性，粘附在高速旋转的叶轮上，导致两侧的气流与轮面发生摩擦。又由于受离心力的作用，紧贴着叶轮的蒸汽将向外的径向流动，利用四边的气流来填补产生的空隙，产生两侧的涡流运动。为克服摩擦阻力和涡流所消耗的能量称为叶轮摩擦损失。

1.7部分进汽损失

主要包括斥汽损失和鼓风损失两大类。在没有布置喷嘴叶栅的弧段处，蒸汽对动叶栅不产生推动力，而需动叶栅带动蒸汽旋转，从而损耗一部分能量；另外动叶两侧面也与弧段内的呆滞蒸汽产生摩擦损失，这些损失称为鼓风损失。当不进汽的动叶流道进入布置喷嘴叶栅的弧段时，由喷嘴叶栅喷出的高速汽流要推动残存在动叶流道内的呆滞汽体，将损耗一部分动能。此外，由于叶轮高速旋转和压力差的作用，在喷嘴组出口末端的轴向间隙会产生漏汽，而在喷嘴组出口起始端将出现吸汽现象，使间隙中的低速蒸汽进入动叶流道，扰乱主流，形成损失，这些损失称为斥汽损失。

1.8漏汽损失

漏气损失主要是因为汽轮机内部压力和外部压力不对等造成的。一部分蒸汽会在经过汽轮机过程中，从汽轮机不密封的地方跑掉，或者没有从汽轮机主要器件流过，做了一些无用功，使得汽轮机没有做功引起的损失。另一方面是因为在汽轮机的动叶和气缸之间、转轴和隔板之间造成的漏气损失。

1.9湿汽损失

湿气是汽轮机在工作过程中不可避免会出现的，这主要是因为，湿气会在膨胀过程中接触一些小水珠，这些小水珠不会随着喷嘴膨胀而加速，导致蒸汽量减少，引起级内损失。另一方面是因为小水珠不能在喷嘴中膨胀加速，要依靠蒸汽来推动，必然会消耗一部分能量，引起一定的损失。即使小水珠得到了蒸汽加速，但是速度远远比不上蒸汽的速度，对蒸汽产生阻力，导致蒸汽受阻，影响叶轮的做功，引起不必要的损失。此外还会因为小水珠在流动过程中会对下级喷嘴的进口气流产生影响，引起损失。

2.汽轮机级内损失减少措施

汽轮机级内损失主要来自于两个方面，一方面是蒸气流摩擦对汽轮机本身摩擦产生的损失，另一方面是由于蒸气流的其他形态产生的损失。因此，减少级内损失的措施也就集中在两个方面。

2.1减少摩擦造成的损失

减少摩擦造成的损失主要集中在两方面，一方面是通过对汽轮机的重新设计来解决，如解决喷嘴损失，为了减少摩擦，可以使用窄喷嘴，且对窄喷追的高度做出一定的要求，还要减少喷嘴表面的粗糙度，设计更为合理的汽到形状[2]。还有一个例子即是减少摩擦鼓风的摩擦，这就需要在设计时减少叶轮表面的粗糙度和在设计中不使用反动式叶轮[3]。另一方面则是通过改变部分器件来减少摩擦。如把长叶片换成短叶片，这样不仅能够使扇形损失减少，还能加大叶片的做功功率，提高汽轮机的效率。

2.2减少湿气、漏气的损失

湿气和漏气是由于蒸汽在流动过程中气温变化较大造、压力过高成的。因此，在减少湿气方面，必须安装凝气式汽轮设备或者利用其它方式来增强叶片的硬度，提高叶片抗腐蚀的能力。在减少漏气方面，首先要安装汽封装置，保证不漏气，还可以在叶轮上安装平衡孔，使漏气的气流不会影响到主流气流，还可以减小扭叶片顶部的反动度，大大减少汽轮机的漏气。

3.结语

综上所述，通过对汽轮机级内损失的原因进行分析，我们发现了喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、扇形损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失、漏汽损失、湿汽损失等九大类原因，并根据这些原因，我们找到了解决这些级内损失的有效措施，主要包括改变设计方案、重新设计相关的器件、改变器件的一些部分或者利用其它设施来补充、改变这种现象的发生。

参考文献：

[1]胡鹏飞，孙毅，曹丽华，李勇.来流攻角变化对动叶栅内流动影响的数值分析[J].化工机械，2013，03：360-364.

[2]王梅玲，周俊杰，郭鹏飞，房全国.汽轮机通流部分优化设计[J].中国新技术新产品，2013，16：138-139.

[3]韩捷.杭丽热电热网概况和汽轮机选型[J].河南科技，2013，15：129.